Сколько времени требуется фотонам, чтобы выйти из ядра Солнца наружу?

Солнце-это водородный шар такого размера, что гравитационное давление в центре отрывает электроны от атомов водорода и сталкивает протоны так плотно, что они прилипают друг к другу. "Прилипание" в конечном итоге создает гелий, а также высвобождает энергию в виде гамма-фотонов. Эти фотоны проходят через частицы на солнце, теряя при этом некоторую энергию и, наконец, выходя из Солнца в виде рентгеновских лучей, инфракрасного и видимого света. Путь от центра к появлению из Солнца занимает много шагов и много лет.

 

Гамма-Лучи

 

Создание гелия из водорода в ядре Солнца-это трехступенчатый процесс, который непосредственно высвобождает один гамма-луч и косвенно высвобождает другой. Гамма-лучи-это электромагнитное излучение, так же как микроволны, радио и световые волны, что означает, что они движутся со скоростью света: 300 000 километров в секунду (186 000 миль в секунду). Солнце имеет радиус около 700 000 километров (435 000 миль). Таким образом, вы можете разумно ожидать, что гамма-луч выйдет за пределы Солнца примерно через 2,3 секунды после его создания. Но этого не происходит.


Столкновения

 

В ядре Солнца протоны и ядра гелия настолько плотны, что испускаемый гамма-луч не может пройти очень далеко, прежде чем он будет поглощен. Если вы представите, что гамма-луч испускается прямо в центре Солнца, то он начнет двигаться прямо к поверхности. Когда он врезается в протон, результатом столкновения является Протон с дополнительной энергией. Протон отдает эту дополнительную энергию, испуская другой гамма-фотон. Но этот мог двигаться в любом направлении - даже туда, откуда он начинался. Так и происходит, когда гамма-луч движется от одного столкновения к другому, меняя свое направление каждый раз, когда он поглощается и вновь испускается.


Случайное блуждание

 

Представьте себе, что есть парень настолько пьян, что ему нужно держаться за световой столб, чтобы встать. Он хочет добраться до следующего фонарного столба, всего в 10 шагах, но он так пьян, что не может идти по прямой. Черт возьми, он так пьян, что после того, как он сделает один шаг, его следующий шаг может быть в любом другом направлении. Это то, что физики и математики называют" прогулкой пьяницы "или" случайным блужданием". Вопрос в том, сколько времени потребуется этому парню, чтобы добраться от одного фонарного столба до другого? Ответ заключается в том, что если его начальная точка и конечная точка разделены 10 шагами, ему потребуется-в среднем-100 шагов, чтобы добраться туда-это 10 квадратов. Это та же самая ситуация, с которой сталкивается гамма-луч в ядре Солнца.


Предубеждения

Когда вы пытаетесь решить проблему случайного блуждания, самое важное, что вам нужно знать, - это насколько велики шаги. Есть две проблемы с выяснением этого для гамма - фотона на солнце. Во-первых, условия не одинаковы на всем протяжении солнца, поэтому расстояние между гамма-лучами "падает" с другими частицами меняется. Во-вторых, никто никогда не посещал центр Солнца, поэтому некоторые предположения должны быть сделаны в любом случае. Существуют всевозможные разумные предположения, варьирующиеся от одной десятой миллиметра до примерно сантиметра. Выбор этого расстояния оказывает большое влияние на расчет времени.


Сколько времени это займет

Радиус Солнца составляет 700 000 километров, что составляет 7 триллионов "шагов", если каждый шаг равен одной десятой миллиметра, и 70 миллиардов шагов, если каждый шаг равен 1 сантиметру. Из задачи о прогулке пьяницы вы знаете, что среднее число шагов, необходимых для того, чтобы пройти определенное расстояние, равно квадрату числа шагов, которые потребовались бы, чтобы пройти по прямой. Таким образом, потребуется 49 триллионов триллионов шагов по 0,1 миллиметра и 490 миллиардов триллионов шагов по 1 сантиметру каждый. Время, необходимое для прохождения этих шагов, - это общее расстояние, деленное на скорость света. Итак, если вы думаете, что фотоны перемещаются только на 0,1 миллиметра между столкновениями, то потребуется более полумиллиона лет, чтобы фотон покинул солнце. Если вы думаете, что это около сантиметра, то фотону потребуется около 5000 лет, чтобы выйти за пределы солнца.

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (25.11.2019)
Просмотров: 19 | Рейтинг: 0.0/0